Name: Een methode voor het bijhouden van de tijd evolutie van steady-state evoked potentials (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-25T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 3 s
Description: Leer een methode voor het analyseren van de tijdsevolutie van steady-state evoked potentials in elektrofysiologisch onderzoek. Dit protocol helpt onderzoekers neurale entrainment-dynamica nauwkeurig te karakteriseren.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs erkennen Lucía Zepeda, Grace A. Whitaker en Nicolas Nieto voor hun bijdragen aan videoproductie. Dit werk werd deels ondersteund door CONICYT Programma's BASAL FB0008, MEC 80170124 en PhD beurs 21171741, evenals het Nationaal Instituut voor doofheid en andere communicatiestoornissen van de National Institutes of Health onder het awardnummer P50DC015446. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de National Institutes of Health.

De huidige studie werd uitgevoerd onder goedkeuring van het onderzoeks-en ethisch comité van de Universidad de Valparaíso, Chili (beoordelings verklaring code CEC170-18), bevestigd aan de nationale richtlijnen voor onderzoek met menselijke proefpersonen.
1. voorbereiding
<ol><li>Verwelkom het onderwerp.</li>
	<li>Leg de doelstellingen en relevantie van de studie uit. Geef een beschrijving van de relevante technische details. Beantwoord alle vragen grondig.</li>
	<li>Expliciet vermelden dat zij/hij de experimentele sessie op elk gewenst moment kan onderbreken indien gewenst.</li>
	<li>Vraag de vrijwilliger om het onderwerp geïnformeerde toestemming te lezen en het bijbehorende formulier te ondertekenen. De experimentele sessie onderbreken als de geïnformeerde toestemming niet wordt verkregen.</li>
</ol>2. voorbereiding van het onderwerp
<ol><li>Vraag het onderwerp om in een comfortabele positie in een laboratorium stoel te zitten.<ol>
<li>Reinig de hoofdhuid met ethanol (een oplossing bij 95%) om de laag dode huidcellen en talg die het bedekken te verwijderen. Deze stap is belangrijk om de impedantie tussen de elektroden en de hoofdhuid te verminderen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Meet de hoofd omtrek met een meetlint om de grootte van de te gebruiken elektrode dop te bepalen.<ol>
<li>Vraag het onderwerp om de elektrode dop te dragen. Geef de instructies voor een comfortabele, maar correcte positionering van de dop.</li>
		<li>Meet de afstand tussen de neus (NZ, het middelste punt van de nasofrontale hechting, die kan worden geïdentificeerd door de depressie tussen de ogen en de bovenkant van de neus) en de INION (iz, de prominentie van het occipitale bot) met behulp van een meetlint.</li>
		<li>Meet de afstand tussen de linker-en rechter Pre-auriculaire punten (geïdentificeerd als de depressie net voor de oorschelp van de oren) met behulp van een meetlint.</li>
		<li>Corrigeer de positie van de elektrode dop, zodat de doorsnede tussen de imaginaire lijnen die in de vorige stappen zijn gedefinieerd, overeenkomt met het hoekpunt van het hoofd. Zorg ervoor dat het onderwerp comfortabel is na de aanpassingen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plaats geleidende gel in de elektrode houders, volgens de locaties die voor het experiment worden overwogen.<ol>
<li>Gebruik 64 hoofdhuid locaties na het International 10-20 System31 om de uitkomst van het protocol te gebruiken om bron lokalisatie analyse uit te voeren. Het hogere aantal elektrode locaties (128) op de hoofdhuid kan indien nodig worden gebruikt.</li>
		<li>Implementeren van klinische of ambulante instellingen (met slechts een paar elektroden) als bron lokalisatie analyse is niet gepland. Gebruik occipitale locaties voor het opnemen van SSVEP, tijdelijke locaties voor het verwerven van ASSR en pariëtale locaties voor het opnemen van SSSEP.</li>
		<li>Duw de elektroden in de elektrode houders. Zorg ervoor dat het label van de elektrode overeenkomt met het label van de locatie in de dop.</li>
		<li>Begeleiden de vrijwilliger naar de experimentele kamer (bij voorkeur, een afgeschermde, geluiddempd kamer). Vraag het onderwerp om in een stoel in de kamer te zitten, in een comfortabele positie.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plaats externe elektroden op de neus en oorlellen als een fysieke Referentie (verschillend van de hoofdhuid elektroden) zal worden gebruikt voor het opnieuw verwijzen naar de EEG-opname (in stap 3.8.1).</li>
	<li>Plaats externe elektroden in peri oculaire locaties.<ol>
<li>Plaats de elektroden op de Wang en de voorste regio van het hoofd, ongeveer 1 cm boven de wenkbrauw, om op te nemen knipperen (in stap 2.6.1).</li>
		<li>Plaats de elektroden op de buitenste kanthus van de ogen, ongeveer 1 cm boven/onder de middenlijn, om oogbewegingen op te nemen (in stap 2.6.1). Opmerking: het electrooculogram (EOG) zal worden gebruikt in de stap 3.8.5 voor het verwijderen van EIARTEFACTEN geïnduceerd door knipperen en oogbewegingen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schakel het EEG-acquisitie systeem in en controleer de elektrode impedantie als een systeem met lage impedantie wordt gebruikt voor het opnemen van het EEG. Corrigeer de impedantie indien nodig volgens de aanwijzingen van de fabrikant. De impedantie moet onder 10 kΩ 32 worden gehouden.<ol>
<li>Vraag het onderwerp om te knipperen en beweeg de ogen in verschillende richtingen om ervoor te zorgen dat EOG correct wordt opgenomen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Om de dynamiek van SSVEP te analyseren, past u de locatie van het scherm in de verticale richting aan, zodat deze overeenkomt met de weergavehoek van het onderwerp. Dim de lichten van de kamer tot een comfortabel niveau wordt bereikt. Stel het luminantieniveau van het scherm in op de bovengrens van het comfortniveau van de deelnemer.<ol>
<li>Om de dynamiek van ASSR te analyseren, plaatst u de oortelefoon met de juiste schuim wisselplaten, zodat de oortelefoon op de gehoorgang past. Controleer of geluiden worden afgeleverd op de gewenste intensiteit (bijv. een psychofysische comfortabel niveau33).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. EEG overname en voor verwerking
<ol><li>Stel de stimulerende parameters in die zijn gedefinieerd in het experimentele ontwerp. Raadpleeg de gebruikershandleiding die door de fabrikant van het stimulatie systeem is verstrekt voor meer informatie over de software. Opmerking: voor uitgebreide uitleg van de stimulus gebruikt voor het genereren van SSVEP en ASSR, zie Norcia et al.8 en Rance34, respectievelijk.</li>
	<li>Instrueer het onderwerp om aandacht te besteden aan de stimulatie, in het geval dat visuele meevoering het onderwerp van het experiment is.<ol>
<li>Presenteer een ondertitelde film met het geluid uit wanneer auditieve meevoering het onderwerp van het experiment is. Opmerking: presentatie van een stomme film maakt het mogelijk om de aandacht van de akoestische stimulatie te trekken terwijl het opwinding niveau25wordt gehandhaafd.</li>
	</ol></li>
	<li>Presenteer stimuli langer dan 90 s, zoals is gedaan om de tijd evolutie van ssveps en ASSR in zowel mens en diermodellen21,22,25,26te onderzoeken. Opmerking: presenteer stimuli korter in duur als een pilot-studie is uitgevoerd.</li>
	<li>Pauzeer de stimulatie gedurende 2 minuten als er slechts één experimentele aandoening wordt getest. Communiceer met het onderwerp om het bewustzijn te controleren. Opmerking: de duur van de pauze is afhankelijk van de duur van de stimulatie. Pauzeert 3x langer dan de stimulatie intervallen zorgt ervoor dat een respons die wordt opgewekt door een stimulus niet wordt beïnvloed door de vorige stimulatie. Langere pauzes zijn toegestaan als het onderwerp daarom verzoekt.<ol>
<li>Pauzeer de stimulatie gedurende ten minste 10 sec. Wanneer verschillende experimentele omstandigheden worden getest, aangezien alternerende stimulatie met pauzes van 10 s is voorgesteld om extra aanpassings effecten te verminderen en de lengte van het experiment te reduceren25.</li>
	</ol></li>
	<li>Herhaal de presentatie stappen (stappen 3.3-3.4) ten minste 30x om te zorgen voor de hoge SNR van de metingen na het gemiddelde van de tijdperken (stap 4,4).</li>
	<li>Registreer het EEG met behulp van de standaardprocedures35. Maak een afzonderlijk EEG-bestand voor elke experimentele uitvoering. Opmerking: Raadpleeg de gebruikershandleiding van het acquisitie systeem voor meer informatie over de software.</li>
	<li>Bewaak de EEG-opname om slaap perioden te detecteren op basis van het niveau van de Alfa-activiteit en de frequentie waarmee knipperende artefacten worden weergegeven. Pauzeer het experiment wanneer verhoogde Alfa niveaus gepaard gaan met verlaagde knipperende frequenties worden gedetecteerd, wat indicatief is voor slaperigheid. Weiger de experimentele uitvoering van verdere analyse wanneer slaap perioden worden gedetecteerd.<ol>
<li>Bereken de amplitude van de steady-state respons aan het einde van elke experimentele uitvoering, volgens de instructies in de gebruikershandleiding van de acquisitie software die in het experiment wordt gebruikt.</li>
		<li>Bewaak het aandachtsniveau van het onderwerp door de amplitude van de steady-state responsen te vergelijken die aan het einde van elke experimentele run zijn behaald. Stel de steady-state amplitude die is verkregen in de eerste experimentele runs als een referentie-amplitude.</li>
		<li>Stel een afwijzings drempel in (een afname van de respons amplitude van 5% met betrekking tot de referentie-amplitude). Verwerp de experimentele runs waarin de amplitude van de steady-state respons voldoet aan het afwijzings criterium.</li>
		<li>Voltooi de experimentele sessie na het verkrijgen van het aantal runs dat is gedefinieerd in het experimentele ontwerp.</li>
	</ol></li>
	<li>Pre-process de EEG gegevens offline met behulp van standaard EEG procedures35 beschreven in de volgende stappen volgens de instructies van de fabrikant.<ol>
<li>Herverwijs de opname met een gemiddelde referentie (gemiddelde van alle opname elektroden) of het gemiddelde van een subset van elektroden. U ook een fysieke referentie gebruiken (bijv. externe elektroden die op de neus en oorlellen worden geplaatst zoals beschreven in stap 2,4).</li>
		<li>Converteer de elektrode coördinaten naar het internationale 10/20-systeem als het radiale coördinatensysteem werd gebruikt tijdens de EEG-overnames. Raadpleeg de handleiding van de fabrikant voor meer informatie over de conversie.</li>
		<li>Band-pass filter het EEG-signaal tussen 0,5-300 Hz. Stel, indien nodig, een inkeping-filter in (gecentreerd op 50 Hz of 60 Hz).</li>
		<li>Down-sample het EEG-signaal om de uitvoeringstijd van het algoritme dat is geselecteerd voor het verwijderen van oculaire artefacten te verminderen (stap 3.8.5). Opmerking: een bemonsteringsfrequentie van 512 Hz is voldoende om de hersen oscillaties van de frequentie onder 40 Hz35te analyseren.</li>
		<li>Verwijder de oculaire artefacten. Let op: hiervoor kunnen verschillende technieken worden gebruikt (Zie Urigüen en Garcia-Zapirain35 voor een uitgebreide beoordeling van algoritmes voor het verwijderen van artefacten). Onder hen is onafhankelijke component analyse een van de meest uitgebreide methodologieën en wordt geïmplementeerd in zowel commerciële als gratis analyse software37,38,39.</li>
		<li>Segmenteer de EEG-gegevens in tijdperken vergrendeld op stimulatie. Selecteer de lengte van de tijdperken volgens het doel van het experiment. NB: de tijdperken moeten voldoende lang zijn om de steady-state respons in het frequentiedomein te kunnen analyseren met een adequate spectrale resolutie.</li>
		<li>Voer geen artefact afwijzing algoritmen in deze fase om te detecteren en verwijderen van tijdperken met artefacten. Opmerking: het verwijderen van Epoch in deze fase zal fouten veroorzaken wanneer de gegevensset is georganiseerd voor het uitvoeren van het kolom-verstandig middeling van tijdperken (stappen 4,2 en 4,4). Afwijzings algoritmen worden geïmplementeerd bij een latere verwerkingsstap (stap 4.1.4).</li>
		<li>Voer de DC-detrend functie voor het berekenen van DC-trends in afzonderlijke EEG-tijdperken en corrigeer deze.</li>
		<li>Voer de basislijn correctiefunctie uit om de basislijn van de opname te corrigeren. Selecteer tijdintervallen van vóór de stimulus langer dan 200 MS. Opmerking: basislijn correctie bestaat uit het gemiddelde van de gegevens in het geselecteerde tijdsinterval. Het gemiddelde wordt berekend voor elk kanaal en afgetrokken van elk gegevenspunt in elk tijdperk.</li>
	</ol></li>
</ol>4. berekening van de respons amplituden
<ol><li>Voer de parameters in die nodig zijn voor de berekening van de steady-state responsen (Figuur 1a). Opmerking: de in-House code die wordt gebruikt voor het verwerken van de gegevens is vrij beschikbaar op < https://62573 >. Raadpleeg de Help-tekst in de code voor verdere instructies. Evenzo is een subset van de gegevens die in deze studie worden gebruikt beschikbaar.<ol>
<li>Voer het aantal opnamen (experimentele runs) van het experiment in.</li>
		<li>Voer de lengte van de tijdperken in om de afzonderlijke opnamen te segmenteren.</li>
		<li>Voer de bemonsteringsfrequentie van het experiment in.</li>
		<li>Selecteer algoritmen voor het afwijzen van artefact om te detecteren en verwijderen van tijdperken met artefacten. De beschikbare selectiecriteria zijn 1) gradiënt (absoluut verschil tussen twee opeenvolgende monsters), 2) max-min (het verschil tussen de maximale en minimale amplitude in het tijdperk), en 3) amplitude (absolute maximale en minimale amplituden).</li>
		<li>Voer de verwerkings code uit. Opmerking: stappen 4.2-4.7 worden automatisch uitgevoerd wanneer deze optie is geselecteerd. Voer de stappen zo nodig handmatig uit.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Regel de tijdperken opnieuw in een gegevensmatrix van n rijen en m kolommen, waarin n het aantal opnamen (experimentele runs) en m het aantal tijdperken (Figuur 1b) weergeeft.</li>
	<li>Gewicht van de epoche te verzachten van het effect van beweging en gespierde artefacten. Opmerking: gewogen EEG-tijdperken worden verkregen door elk voltage monster te delen door de amplitude variantie van het tijdperk waartoe ze behoren, zodat variantie wordt gebruikt als een maat voor amplitude variabiliteit en weegfactor40.</li>
	<li>Kolom-Wise gemiddelde van de gegevensset. Om dit te doen, gemiddelde time-domein de tijdperken die overeenkomen met hetzelfde tijdvenster in de verschillende opnames. Opmerking: deze stap laat de berekening van de steady-state amplitude toe in opnames met een opmerkelijk hoge signaal-ruis verhouding (SRV).</li>
	<li>Exporteer de tijdreeksen die voortvloeien uit het gemiddelde voor verdere analyse van de tijdsevolutie van de meevoering in externe software.<ol>
<li>Bereken de amplitude van de steady-state respons in elk tijdperk als gevolg van de kolom-verstandig middeling, met behulp van de snelle Fourier Transform (FFT). Opmerking: de lengte van de FFT moet overeenkomen met de lengte van één tijdperk. De implementatie van een windowing techniek is niet verplicht. De amplitude van de steady-state respons wordt gedefinieerd als de spectrale amplitude die is verkregen bij de frequentie van de amplitudemodulatie van de sensorische stimuli.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Vector gemiddelde de amplitude van een ad-hoc aantal FFT-bakken aan elke kant van de frequentie van de respons om het rest geluidsniveau te berekenen (RNL). Het aantal FFT-bakken moet overeenkomen met een frequentieband van ongeveer 3 Hz, aan elke zijde van de frequentie van de respons. Opmerking: de hoge frequentie-specificiteit van de steady-state responsen maakt de respons amplitude onafhankelijk van die achtergrond oscillaties met vergelijkbare frequenties, die op zijn beurt gelijkmatig verdeelt in een relatief smalle frequentieband41 , 42 , 43.</li>
	<li>Plot de amplitude van de steady-state respons en de RNL als een functie van kolomindex (d.w.z. het nummer van het verworven tijdperk) om de evolutie van de steady-state respons te verkennen tijdens het stimulatie interval.</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dit werk beschrijft een experimentele procedure voor het analyseren van de dynamiek van oscillerende hersen responsen. Een dergelijke methodologie bestaat uit het verwerven van een voldoende aantal onafhankelijke experimentele runs van dezelfde experimentele toestand, en tijd-domein Middelings tijdvakken overeenkomend met hetzelfde tijdvenster in de verschillende opnames (kolommen-Wise middeling in Figuur 1B). De amplitude berekend in de gemiddelde gegevens vertegenwoordigen de momentane amplitude van de oscillatoire respons. Het uitzetten van deze amplituden als functie van de tijd (of het aantal kolommen in de dataset) maakt het mogelijk om de tijdsevolutie van de oscillatoire responstijd te analyseren-vergrendeld aan de stimulatie. Deze methodologie is een wijziging van die voorgesteld door Ritter et al.23 voor het analyseren van de aanpassing van voorbijgaande corticale evoked potentials. De methode is gebruikt voor het analyseren van de dynamiek van auditieve Evoked mogelijkheden in beide mensen24 en dierlijke modellen20,21.
Vanuit methodologisch oogpunt is de combinatie van parameters die worden gebruikt om de steady-state respons te wekken en die geïmplementeerd om de neurale respons van achtergrondruis te extraheren, essentieel om de tijd evolutie van steady-state Evoked mogelijkheden te analyseren 22. de stimulus lengte die in het hier gepresenteerde experiment werd gebruikt (40 s) werd geselecteerd op basis van resultaten die in een pilot studie werden behaald. Deze stimulus-lengte was voldoende voor het analyseren van de aanpassing van ASSR gegenereerd in de rat hersenstam21,22. Bovendien moet de stimulus-lengte de tijd overschrijden waarop de asymptotische momentane band kracht van SSVEPs wordt bereikt (Figuur 1 in Labecki et al.26). Niettemin, de asymptotische momentane band macht van SSVEPs kan worden bereikt dan 60 in sommige gevallen (Figuur 2 in Labecki et al.26). Daarom wordt het uitvoeren van een pilot-studie met een klein monster aanbevolen om de stimulus lengte van de stimulatie te definiëren. Anders wordt een stimulerende lengte langer dan 90 s aanbevolen om een volledige weergave van de tijdsevolutie van de respons te bereiken. Het gebruik van voldoende lange pauzes tussen opeenvolgende opnames impliceert het overwegen van opeenvolgende experimentele runs om statistisch onafhankelijk te zijn (d.w.z. verschillende, onafhankelijke maatregelen van dezelfde variabele). Naar het beste van onze kennis zijn er geen experimenten uitgevoerd om de optimale pauze tussen runs te analyseren (minimale pauze vereist om runs onafhankelijk van elkaar te maken). Het criterium van het gebruik van pauzes ten minste 3x langer dan de stimulus-lengte is conservatief genoeg om ervoor te zorgen dat de steady-state respons opgenomen in een gegeven run niet wordt beïnvloed door de vorige stimulatie.
Onlangs zijn alternerende stimuli (experimentele omstandigheden) voorgesteld als een keuze om de pauze tussen experimentele runs te verminderen, waardoor extra adaptatie effect25wordt vermeden. Evenzo, het aantal experimentele runs (30) geïmplementeerd in dit experimentele protocol is conservatief, omdat de asymptotische RNL en pSNR meestal worden bereikt na gemiddeld 20 experimentele runs, ongeveer. Wanneer prikkels binnen het midden-bovenste gebied van het dynamische bereik van de respons vallen (hoge sensatie niveaus), zijn lagere aantallen runs waarschijnlijk nodig om de dynamiek van de Evoked Response te analyseren. Niettemin is, in gevallen waarin verschillende experimentele omstandigheden worden getest, het hebben van hetzelfde aantal experimentele runs cruciaal voor het maken van vergelijkingen onder omstandigheden (d.w.z. verschillende sensatie niveaus).
Naast de kolom-Wise middeling van tijdperken, is de dynamiek van oscillerende Evoked mogelijkheden geanalyseerd door het filteren van de enkelvoudige metingen in een smalle frequentieband rond de frequentie van belangstelling en het berekenen van de envelop van het vermogen signaal met behulp van low-pass filtering26. Evenzo is er één proef analyse geïmplementeerd om de overgangsperiode te karakteriseren die voorafgaat aan de stabiele regio van SSVEP48, en de veranderingen in amplitude en fase van de ssvep tijdens de stabiele regio van de respons49. Hoewel enkelvoudige proef analyses discriminatie van relatief snelle fluctuaties in respons amplitude mogelijk maken, kunnen experimentele ontwerpen om de gemiddelde respons te analyseren in blokken die gescheiden zijn met een bepaald interval tussen de blokkeringen alleen rekening worden gehouden met lange termijn variaties in de amplitude van de opgeroepen potentiaal50,51. De kolom-Wise middeling van tijdperken staat tussen deze twee opties. Converteren van het gemiddelde signaal naar de frequentie-domein met behulp van de FFT impliceert het analyseren van de dynamiek van de respons met een resolutie die gelijk is aan de lengte van het tijdperk. In het voorbeeld hier gepresenteerd, de SSVEP werd gerapporteerd elke 4 s. Hoewel 4 s van resolutie is voldoende om te beschrijven van de dynamiek die zich voordoet met intervallen van tijd te overtreffen tientallen seconden, zoals die van de SSVEP26, gedeeltelijk overlappende tijdperken in de originele opnames beschrijven de tijdsevolutie van de Steady-State respons op een meer verfijnde manier25.
Dynamiek van de steady-state reacties verkregen na kolom-Wise middeling van tijdperken vertegenwoordigen voornamelijk de evolutie van de oscillerende activiteit die wordt gesynchroniseerd tussen de gemiddelde EEG segmenten (die die het gemiddelde overleven). Daarom is een belangrijk probleem met betrekking tot de haalbaarheid van de methodologie is de mogelijke verzwakking van respons amplituden als gevolg van variaties in de fase van neurale oscillaties van een onafhankelijke experimentele run naar de andere (dat wil zeggen, tussen opnames). Dit onderwerp moet experimenteel worden aangepakt. Echter, bewijs geeft aan dat de fase van de hersenen oscillerende reacties is minder variabel dan verwacht. In feite, verschillende studies hebben gemeld een regelmatigheid in de verwachte fase van de menselijke 80 Hz ASSR47,48,49. Wanneer latenties worden geschat op basis van de fase van de oscillerende activiteit, is het voorspelbare effect van de intensiteit en de draagfrequentie van de akoestische stimuli op de latentie van de auditieve responsen waargenomen (d.w.z. de latentie afname als de verhoging van de intensiteit en de draagfrequentie)52,53,54. Bovendien zijn typische maturatie veranderingen in amplitude en de links-naar-rechts asymmetrie in het gehoor niveau ook waargenomen wanneer latenties worden geschat uit de fase van de ASSR47,55,56 , 57 , 58. bij het beschrijven van de tijd evolutie van SSVEP met behulp van enkelvoudige analyse, merkte labecki et al.26 op dat hoewel de variabiliteit van de respons amplitudes binnen hetzelfde onderwerp aanzienlijk hoog was, de variabiliteit van de fase significant minder uitgesproken.
Op basis van hun waarnemingen suggereerde Labecki et al.26 dat een minimum van 50 proeven moet worden gemiddeld om een betrouwbare schatting te verkrijgen van de gemiddelde vermogens enveloppe van de respons. Deze resultaten geven aan dat, zelfs wanneer de amplitude van de respons wordt berekend in één proef, het gemiddelde (van enveloppen in dat geval) nodig is om betrouwbare resultaten te rapporteren. Bovendien suggereert de intertrial variabiliteit in de amplitude van SSVEP gerapporteerd door Labecki et al.26 suggereren dat de berekening van deze parameter in enkelvoudige proeven sterk kan worden beïnvloed door achtergrondruis. Gezien de evolutie van de signaal-ruis verhouding zoals weergegeven in Figuur 2, vermindert de berekening van de respons in het gemiddelde signaal in plaats van enkelvoudige proeven aanzienlijk het aantal EEG-segmenten dat moet worden verwerkt voor het verkrijgen van betrouwbare Metingen. Bovendien, de lage variabiliteit in fase verkregen door labecki et al.26 steunt het idee dat de kolom-Wise middeling van de tijdperken gepresenteerd hier is een geldige procedure voor het berekenen van de dynamiek van oscillerende evoked potentials.
Het gemiddelde van de gegevens op verschillende niveaus leidt tot een verschillende interpretatie van de resultaten. Met betrekking tot oscillerende evoked potentials, het berekenen van de respons amplitude na de tijd-domein middeling van onafhankelijke runs impliceert het analyseren van alleen tijdvergrendelde oscillaties (dat wil zeggen, degenen die het gemiddelde overleven). Deze procedure kan relevante informatie met betrekking tot de dynamiek van de respons in individuele proeven filteren. Het staat echter garant voor een voldoende hoge signaal-ruis verhouding van de metingen. Dit aspect kan van belang zijn wanneer de responsen dicht bij de elektrofysiologische drempel liggen, een aandoening waarbij de detectie van het meevoering kan worden aangetast door een lage signaal-ruis verhouding van de meting.

Wanneer opgenomen van de hoofdhuid, hersenen elektrische activiteit wordt waargenomen als continue en regelmatige veranderingen in spanningen na verloop van tijd. Deze elektrische activiteit heet elektro-encefalogram (EEG) en werd voor het eerst beschreven door Hans Berger in de late twintigers van de vorige eeuw1. Daaropvolgende zaad studies beschreven het EEG als een samengestelde tijdreeks, waarin verschillende ritmische of repetitieve patronen kunnen worden waargenomen2,3,4. Tegenwoordig is het EEG meestal onderverdeeld in vijf gevestigde frequentiebanden, Delta, theta, alpha, Beta en gamma, die worden geassocieerd met het verschillende sensorische en cognitieve proces.
Jarenlang was de studie van hersen oscillaties met behulp van EEG beperkt tot ofwel analyse van het spectrum in de lopende activiteit of veranderingen in oscillatoire activiteit opgewekt door niet-periodieke sensorische gebeurtenissen. In de afgelopen decennia zijn verschillende methodologieën geïmplementeerd voor het moduleren van lopende EEG-oscillaties en het onderzoeken van de effecten van dergelijke modulaties op perceptuele en cognitieve processen, waaronder de presentatie van ritmische sensorische stimulatie voor inducerende neurale entrainment. De term neurale meevoering verwijst naar de synchronisatie van neurale activiteit met de periodieke eigenschappen van zintuiglijke stimuli. Dit proces leidt tot de opwekking van steady-state Evoked mogelijkheden (dat wil zeggen, EEG oscillaties vergrendeld aan de periodieke eigenschappen van de drijvende stimuli). Steady-State Evoked mogelijkheden worden meestal opgewekt door visuele, auditieve en vibrotact iele stimulatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van voorbijgaande prikkels die worden gepresenteerd met een constante snelheid of continue stimulatie, gemoduleerd in amplitude bij de frequentie van de interesse. Overwegende dat somatosensorische steady-state Evoked mogelijkheden (ssseps) worden geregistreerd als reactie op een repetitieve tactiele stimulatie van5,6, Steady-State visueel Evoked mogelijkheden (ssveps) worden over het algemeen opgewekt door de periodieke presentatie van de luminantie flikkert, Foto's en gezichten7,8. Auditieve steady-state Reacties (assrs) worden meestal gegenereerd door treinen van voorbijgaande akoestische stimuli of door de continue presentatie van amplitude-gemoduleerde tonen9,10.
De extractie van steady-state Evoked mogelijkheden uit de gemeten EEG is in wezen gebaseerd op middeling vervolgens verworven EEG tijdperken tijd vergrendeld aan de stimulus11. Vanwege de periodiciteit van de antwoorden, kunnen ze worden geanalyseerd in zowel tijd-als frequentie domeinen. Na de frequentie-domein transformatie wordt de sensorische respons waargenomen als pieken van amplitude bij de presentatie snelheid of modulatie frequentie van de externe stimuli en hun corresponderende harmonischen. Deze procedures (tijd-domein gemiddelden en de daaropvolgende frequentie-domein transformatie) zijn essentieel voor de ontwikkeling van een hoortest op basis van de detectie van ASSR-methoden met klinische doeleinden12,13,14 ,15,16.
Bovendien, de klassieke tijd-domein gemiddelde van EEG-tijdperken is zeer nuttig voor het analyseren van fysiologische processen zoals het genereren en het uitsterven van ssvep17,18geweest. Met opeenvolgende treinen van lichten en gemiddelde daaropvolgende tijdperken binnen een opname, merkte Wacker et al.19 op dat de fase-vergrendelings index van de SSVEP snel toenam tijdens de eerste 400 MS van stimulatie en daarna hoog bleef . Ze rapporteerden ook dat een robuuste visuele meevoering werd vastgesteld tussen 700-1 100 MS na het begin van de stimulus. Een zekere mate van meevoering bleef werkzaam na de offset van de stimulatie trein, die ongeveer drie perioden van de oscillatoire respons17,19duurde. Dit gedrag is geïnterpreteerd als het boeiende/ontnemende effect van de waargenomen oscillaties, wat een gevolg is van de niet-lineaire informatieverwerking in het menselijke visuele systeem17. Als alternatief, het is bekend dat onder bepaalde experimentele omstandigheden, de flikkering stimulatie kan ontlokken op-reacties aan het begin, en off-reacties aan het einde van de stimulatie treinen in plaats van neurale meevoering18.
De belangrijkste aanname aan de gemiddelde opeenvolgend verworven EEG-tijdperken is dat het EEG-signaal een lineaire combinatie van de sensorische respons en het achtergrondlawaai20vertegenwoordigt. Bovendien wordt verondersteld dat de amplitude, frequentie en fase van de oscillatoire respons stationair zijn, terwijl het achtergrondgeluid wordt beschouwd als een willekeurige activiteit. Echter, in gevallen waarin niet aan deze veronderstelling wordt voldaan, de respons amplitude berekend na verschillende tijdperken niet noodzakelijkerwijs overeenkomen met de momentane amplitude van het opgeroepen potentieel.
Het is onlangs gemeld dat de ASSR gegenereerd in de hersenstam van ratten zich aanpast aan de continue presentatie van amplitude-gemoduleerde tonen (dat wil zeggen, de respons amplitude daalt exponentieel na verloop van tijd)21,22. Aanpassing is geïnterpreteerd als een neurale mechanisme dat het verlies van nieuwheid van een monotoon repetitieve zintuiglijke stimulus weerspiegelt, waardoor de gevoeligheid voor relevante schommelingen in de akoestische omgeving wordt vergroot23,24. In de auditieve route kan aanpassing het spraakbegrip in lawaaierige omgevingen verbeteren. Bovendien kan dit proces deel uitmaken van bestaande mechanismen om de auditieve feedback van iemands eigen stem te controleren om de spraakproductie te beheersen.
Het analyseren van de tijd evolutie van de 40 Hz ASSR bij de mens, van Eeckhoutte et al.25 waargenomen een significante maar kleine afname van de respons amplitude na verloop van tijd (rond-0,0002 μv/s op basis van de groeps analyse, bij het aannemen van een lineaire afname in de tijd). Bijgevolg concludeerden deze auteurs dat de 40 Hz ASSR bij mensen zich niet aanpast aan de stimulatie. Bij de mens zijn niet-stationaire gedragingen waargenomen bij het analyseren van de stabiliteit van de SSVEP26. Deze auteurs hebben opgemerkt dat de amplitude van de fundamentele frequentie en de tweede harmonische van de SSVEP stationair waren in slechts 30% en 66,7% van de proefpersonen die ze testten. De fasen van beide SSVEP frequentiecomponenten, hoewel relatief stabiel na verloop van tijd, tentoongesteld kleine Drifts26.
Hoewel de klassieke tijd-domein middeling van vervolgens verworven tijdperken het verkennen van stationaire eigenschappen van de neurale meevoering mogelijk maakt, moet deze methodologie worden herzien wanneer de lange termijn dynamiek van het meevoering de focus is van de onderzoek, of wanneer het gemiddelde van de kortetermijndynamiek is beschadigd door het optreden van lange termijn dynamiek. Om niet-stationaire gedragingen van de steady-state reacties te karakteriseren, moet de opgeroepen reactie die wordt berekend op een bepaald tijdvenster niet worden aangetast door de antwoorden die in de voorgaande EEG-segmenten zijn berekend. Met andere woorden, het opgeroepen potentieel moet worden geëxtraheerd uit het achtergrondgeluid zonder dat tijd-domein wordt gemiddeld met de voorgaande EEG segmenten.
In deze studie, een methode voor het beoordelen van de dynamiek van neurale meevoering wordt gepresenteerd. Steady-State responsen worden herhaaldelijk opgenomen in reactie op dezelfde stimulatie, waarbij opeenvolgende opnames Interleaved zijn door een rustinterval van drie keer de lengte van de experimentele run. Gezien het feit dat als de tijd evolutie van de fysiologische respons hetzelfde is in verschillende onafhankelijke experimentele runs (onafhankelijke opnames), zijn opnames kolom-verstandig gemiddeld. Met andere woorden, de tijdperken die overeenkomen met dezelfde locatie in de verschillende opnames worden gemiddeld, zonder gemiddelde tijdperken binnen een opname. Bijgevolg zal de respons amplitude die bij een stimulatie interval wordt berekend, overeenstemmen met de momentane amplitude van het opgeroepen potentieel. De zintuiglijke reacties kunnen worden geanalyseerd in de tijd-domein of omgezet in de frequentie-domein, afhankelijk van het doel van het experiment. In ieder geval kunnen de amplituden worden uitgezet als een functie van de tijd om de tijd evolutie van de steady-state respons te analyseren. Het genereren en uitsterven van de steady-state Evoked mogelijkheden kan worden beoordeeld door de analyse te beperken tot de eerste en laatste tijdperken van de opnames.
De dynamiek van de neurale meevoering kan worden geanalyseerd met behulp van andere benaderingen, zoals smalbandfiltering enkelvoudige proef metingen rond de frequentie van belangstelling en het berekenen van de envelop van het stroomsignaal met behulp van low-pass filtering25 en de Hilbert-transformatie27. In vergelijking met deze methodologieën maakt de kolom-Wise middeling van tijdperken het mogelijk om stationaire parameters te berekenen op basis van signalen met de hogere signaal-ruis verhouding (SRV). Onlangs is Kalman filtering ontstaan als een veelbelovende techniek voor de schatting van 40-Hz ASSR amplitudes28,29,30. De implementatie van Kalman filtering kan de detectie van steady-state responsen dichter bij de elektrofysiologische drempel verbeteren en de tijd van de gehoortest29verminderen. Bovendien zijn stationaire responsen niet nodig om te worden verondersteld wanneer een Kalman filtering benadering wordt gebruikt om de ASSR amplitude30te schatten. Niettemin heeft slechts één studie de tijd evolutie van ASSRs geanalyseerd met Kalman filtering25. De conclusie van de studie is dat de 40-Hz ASSR amplitude stabiel is over het stimulatie interval. Daarom moet Kalman filtering worden getest onder omstandigheden waaronder de ASRR niet stilstaat.
Hoewel tijdrovend, de kolom-Wise middelaging methode is model-vrij en hoeft geen initialisatie waarden en/of a priori definities van het lawaai gedrag. Bovendien, aangezien het geen convergentie tijden inhoudt, kan het gemiddelde van de kolom wijzen een betrouwbaardere weergave van het ontstaan van neurale entrainment bieden. Daarom kunnen de resultaten die met de kolom-Wise Middelings methode worden verkregen, worden beschouwd als de grond waarheid voor het analyseren van de dynamiek van het neurale meevoering met behulp van Kalman-filtering.
Deze beschrijving van het protocol is gebaseerd op een voorbeeld van SSVEP. Echter, het is belangrijk op te merken dat de hier gepresenteerde methode is modaliteit-onafhankelijk, zodat het kan ook worden gebruikt voor het analyseren van de tijd evolutie van SSSEP en ASSR.

<table><tbody><tr><td>Actieve elektroden&nbsp;</td><td>Biosemi</td><td>P32-1020-32ACMS (ABC)</td><td>voor kanalen 1-32</td></tr><tr><td>Actieve elektroden&nbsp;</td><td>Biosemi</td><td>P32-1020-32A (ABC)</td><td>voor kanalen 33-64</td></tr><tr><td>Actieve elektroden&nbsp;</td><td>Biosemi</td><td>8 x TP FLAT</td><td>externe elektroden</td></tr><tr><td>Actieve-Two acquisitiesysteem</td><td>Biosemi</td><td>versie 7.0</td><td>EEG-acquisitiesysteem</td></tr><tr><td>alcohol</td><td>Salcobrand</td><td>Code:&nbsp; 3309011</td><td>voor het reinigen van de hoofdhuid</td></tr><tr><td>Elektrodedop 64 kanalen&nbsp;</td><td>Biosemi</td><td>CAP MS xx yy</td><td>dop&nbsp;</td></tr><tr><td>Elektrodedop 64 kanalen&nbsp;</td><td>Biosemi</td><td>CAP ML xx yy</td><td>dop&nbsp;</td></tr><tr><td>gel</td><td>Biosemi</td><td>SIGNA BOX12</td><td>geleidend gel</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Asus</td><td>Core i7 1TB DD + 128GB SSD 8GB RAM&nbsp;</td><td>computer voor stimulatie</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Asus</td><td>Core i7 1TB DD + 128GB SSD 8GB RAM&nbsp;</td><td>computer voor opname</td></tr><tr><td>LED-scherm</td><td>interne productie</td><td>-</td><td>Het scherm bestaat uit vier lichtgevende diodes (LED's) op het midden van een 50x50 cm zwart scherm, als hoekpunten van een vierkant van 5x5 cm</td></tr><tr><td>steriele gaas</td><td>Salcobrand</td><td>Code:&nbsp; 8730277</td><td>voor het reinigen van de hoofdhuid</td></tr></tbody></table>

een methode voor het bijhouden van de tijd evolutie van steady-state evoked potentials

A Method for Tracking the Time Evolution of Steady-State Evoked Potentials

Neurale meevoering verwijst naar de synchronisatie van neurale activiteit naar de perioverplaats van sensorische stimuli. Deze synchronisatie definieert het genereren van steady-state Evoked responsen (d.w.z. oscillaties in het elektroencephalogram fase-vergrendeld aan de drijvende stimuli). De klassieke interpretatie van de amplitude van de steady-state Evoked reacties veronderstelt een stereotiepe tijd invariante neurale respons plus willekeurige achtergrond schommelingen, zodanig dat het gemiddelde over herhaalde presentaties van de stimulus herstelt de stereotiepe antwoord. Deze benadering negeert de dynamiek van de stationaire toestand, zoals in het geval van de aanpassing die wordt opgewekt door langdurige blootstellingen aan de stimulus. Om de dynamiek van steady-state reacties te analyseren, kan worden aangenomen dat de tijdsevolutie van de respons amplitude hetzelfde is in verschillende stimulatie runs gescheiden door voldoende lange pauzes. Op basis van deze veronderstelling wordt een methode gepresenteerd om de tijds ontwikkeling van steady-state responsen te karakteriseren. Een voldoende groot aantal opnames wordt verkregen als reactie op dezelfde experimentele aandoening. Experimentele runs (opnames) zijn gemiddeld op kolom wijze (d.w.z. runs worden gemiddeld, maar het tijdperk binnen opnames worden niet gemiddeld met de voorgaande segmenten). De kolom-Wise middeling maakt analyse van steady-state responsen in opnames met opvallend hoge signaal-ruis verhoudingen mogelijk. Daarom biedt het gemiddelde signaal een nauwkeurige weergave van de tijdsevolutie van de steady-state respons, die kan worden geanalyseerd in zowel de tijd-als de frequentie domeinen. In deze studie, een gedetailleerde beschrijving van de methode is voorzien, met behulp van steady-state visueel Evoked mogelijkheden een voorbeeld van een reactie. Voordelen en voorbehoud worden geëvalueerd op basis van een vergelijking met enkele trial methoden ontworpen voor het analyseren van neurale entrainment.

SSVEP werd opgewekt door continue visuele stimuli van 40 s in lengte, waarbij de lichtintensiteit werd gemoduleerd door een sinusvormige Golf van 10 Hz (Modulatiediepte van 90%). Stimuli werden geleverd door vier lichtgevende diodes (leds) gelegen in het midden van een 50 cm x 50 cm zwart scherm, als hoekpunten van een 5 cm x 5 cm vierkant. Wanneer de deelnemer zat 70 cm van het scherm, de oppervlakte van het plein van de LEDs subneigt een visuele hoek van ongeveer 4 °. Het LED-scherm is ontworpen met behulp van een USB-gebaseerde microcontroller ontwikkelsysteem en vier super helder witte Led's van 10 mm diameter. De Pulsbreedtemodulatie (PWM)-techniek werd gebruikt om de aan de Led's geleverde voeding te regelen. Deze techniek beheerste de LEDs intensiteiten bij een bepaalde frequentie en het genereren van de uiteindelijke sinusvormige envelop. Een PWM-frequentie van 40 kHz werd gebruikt om een waarneembaar effect te voorkomen.
Er werden dertig opnames verkregen, die werden gesegmenteerd in tijdperken van 4 sec. Daarom is een gegevensset die bestaat uit 10 kolommen (aantal EEG-tijdperken binnen opnames) en 30 rijen (aantal opnamen, aantal experimentele runs) verkregen.
De neurale oscillatie tijd-vergrendeld aan de stimulatie werd duidelijk als de kolom-Wise Middelings werd uitgevoerd (Figuur 2). Significant, het interval waarop de SSVEP wordt gegenereerd kan worden waargenomen in traces die overeenkomen met kolom 1. In die kolom, 0,2 s van pre-stimulus basislijn worden uitgezet naast de eerste 0,8 s van neurale entrainment. Daarom kan de hier beschreven procedure karakteriseren van 1) de dynamiek van de oscillatoire respons zodra neurale meevoering al is vastgesteld en 2) de betrokkenheid van neurale oscillaties. Een of meer tijdperken die na het einde van de stimulatie zijn opgenomen, kunnen ook in de gegevensmatrix worden opgenomen om uitsterven van de steady-state respons te bestuderen na verschuiving van de stimulus.
Tijdens de kolom-Wise middeling van tijdperken, daalde de gemiddelde amplitude van de SSVEP (spectrale amplitude bij 10 Hz, berekend door toepassing van de FFT) tijdens het gemiddelde van de eerste tijdperken van de kolommen en de neiging om daarna te stabiliseren (Figuur 3a). Dit resultaat stemt overeen met eerdere studies die de evolutie van ASSR analyseren tijdens het gemiddelde van opeenvolgend verworven tijdperken21,22,40,43,44. Het gedrag van de amplitude van de respons tijdens het gemiddelde wordt meestal verklaard door de relatief hoge bijdrage van ongemiddeld geluid aan de respons amplitude berekend in de eerste tijdperken, die wordt verzwakt naarmate het gemiddelde wordt uitgevoerd13, 44 , 45 , 46 , 47. opmerkelijk, de SSVEP amplitude variabiliteit daalde significant naarmate het gemiddelde vorderde.
We analyseerden ook de RNL van de metingen tijdens de kolom-Wise middeling van de tijdperken (Figuur 3b). De RNL werd berekend in een smalle frequentieband (3 Hz) aan beide zijden van de frequentie van de SSVEP. Hoewel deze procedure niet gebruikelijk is wanneer ssvep wordt geanalyseerd, is vector-middelaging een gegeven aantal frequentie bakken rond die van de neurale meevoering de standaard voor het inschatten van de RNL in ASSR-metingen41,42, 43. zoals verwacht nam de RNL geleidelijk af naarmate het aantal gemiddelde tijdperken toenam en het asymptotische niveau bereikte nadat er ongeveer 20 tijdperken werden verwerkt. In tegenstelling tot wat werd waargenomen toen de SSVEP-amplitude werd geanalyseerd, bleef de standaarddeviatie van de RNL relatief constant, omdat het aantal gemiddelde tijdperken toenam, wat suggereert dat de opnamecondities stabiel waren tijdens de experimentele sessie.
De hierboven gepresenteerde resultaten bepaalden de veranderingen in de piek signaal-ruis verhouding (pSNR) van metingen tijdens de kolom-Wise middeling van het tijdperk (Figuur 3C). Deze term wordt hier gedefinieerd als de ratio (in dB) tussen de vierkante amplitude van de respons (SSVEP) en de vierkante amplitude van de RNL. Naarmate het gemiddelde vorderde, steeg de psnr naarmate het aantal gemiddelde tijdperken steeg tot 18, ongeveer. Verdere verhogingen in het aantal gemiddelde tijdperken hadden geen significant effect op de kwaliteit van het signaal. De variabiliteit van de pSNR daalde naarmate meer tijdperken werden gemiddeld.
Ten slotte worden de dynamiek van de SSVEP-amplitude en de RNL weergegeven in Figuur 4. Deze tijd evoluties werden verkregen door het uitzetten van de reactie parameters berekend aan het einde van de kolom-verstandig middeling van tijdperken als een functie van het aantal kolommen (als functie van de tijd). Zoals aangetoond door Labecki et al.26, kan de dynamiek van SSVEP aanzienlijk variëren tussen onderwerpen. Aangezien de in Figuur 4 gepresenteerde resultaten overeenkomen met één individu, kunnen generalisaties niet worden gemaakt. In dit onderwerp, de amplitude van de SSVEP weergegeven een relatief complex gedrag (figuur 4a). De respons amplitude nam geleidelijk toe tijdens de eerste 12 seconden na het begin van de stimulus (tijd die overeenkomt met de lengte van 3 Epochs). Naarmate de stimulus bleef, daalde de SSVEP consequent gedurende de volgende 12 seconden en bleef daarna relatief constant. Deze resultaten kunnen niet worden verklaard door het gedrag van de RNL, omdat deze parameter relatief constant was tijdens het stimulatie interval (figuur 4b). De toename van de SSVEP-amplitude na het begin van de stimulus blijkt uit de sporen in Figuur 2 en kan worden verklaard door integratieprocessen, wat resulteert in stabilisatie van de neurale entrainment. De daaropvolgende afname van de amplitude suggereert de aanpassing van SSVEP aan de aanhoudende stimulatie. Niettemin moeten deze hypotheses worden getest in gecontroleerde experimenten met toegewezen steekproefgrootten.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59898/59898fig1v2.jpg"> Figuur 1 : Kritieke stappen voor het extraheren van de tijdsevolutie van de amplitude van steady-state responsen. (A) Screenshot van de verwerkings code, waarbij analyseparameters zijn gedefinieerd. B) representatief diagram dat de organisatie van de DataSet illustreert. Een data matrix bestaande uit 30 opnames van 10 tijdperken is vertegenwoordigd. De kolom-Wise middeling van tijdperken wordt in de eerste kolom gemarkeerd. De verticale lijn geeft de richting van het gemiddelde aan. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59898/59898fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59898/59898fig2v2.jpg"> Figuur 2 : Veranderingen in de golfvorm van steady-state visueel Evoked mogelijkheden (ssvep) tijdens de kolom-Wise middeling van tijdperken. De respons werd opgewekt door de continue presentatie van licht gemoduleerd in amplitude bij 10 Hz. De rijen tonen de golfvormen verkregen na het gemiddelde van alle voorgaande opnames (dat wil zeggen, rij 1 is de eerste opname, rij 5 is de golfvorm verkregen na het gemiddelde van de eerste vijf opnames, en de laatste rij is het gemiddeld van alle opnames). Meer betrouwbare golfvormen van SSVEP werden waargenomen in elke kolom als het aantal Middelings runs verhoogd. Om duidelijkheid te verschaffen (om de oscillaties van de SSVEP zichtbaar te maken), wordt alleen de eerste seconde van de tijdperken weergegeven. De uitzonderingen zijn sporen in de eerste kolom van de gegevensset, waarvoor 0,2 seconden van pre-stimulus basislijn worden weergegeven. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59898/59898fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59898/59898fig3v2.jpg"> Figuur 3 : Veranderingen in de respons-en opnameparameters tijdens de kolom-Wise middeling van tijdperken. A) evolutie van de amplitude van de SSVEP. B) gedrag van de RNL. (C) wijzigingen in de psnr. Zwarte lijnen vertegenwoordigen de gemiddelde waarden die voor elke kolom zijn verkregen (n = 10) en de grijze schaduw vertegenwoordigt het gebied dat wordt bedekt door een standaarddeviatie van ± één. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59898/59898fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59898/59898fig4v2.jpg"> Figuur 4 : Tijd evolutie van de SSVEP opgewekt door de presentatie van continue visuele stimulatie, gemoduleerd in amplitude bij 10 Hz. (A) tijdsverloop van de amplitude van de SSVEP. B) tijdsverloop van de RNL. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59898/59898fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>

Er wordt een protocol gepresenteerd om de tijdsevolutie van het neurale meevoering op externe repetitieve stimuli te beoordelen. Steady-State opnames van dezelfde experimentele conditie worden verworven en gemiddeld in de tijd-domein. De steady-state dynamiek wordt geanalyseerd door de respons amplitude te plotten als functie van de tijd.

Een methode voor het bijhouden van de tijd evolutie van steady-state evoked potentials

Neural entrainment refers to the synchronization of neural activity to the periodicity of sensory stimuli. This synchronization defines the generation of ...

Neurale entrainment is de synchronisatie van de neurale activiteit naar de periodiciteit van de zintuiglijke stimuli. Deze synchronisatie genereert het steady-state opgeroepen potentieel, dat wil zeggen oscillaties in het elektro-encefalogram fase-vergrendeld op de zintuiglijke stimuli. De klassieke interpretatie van de amplitude van de steady-state opgeroepen reacties, gaat uit van een constante neurale respons fase-vergrendeld om de stimulus, plus een willekeurig achtergrondgeluid niet gerelateerd aan de stimulus.De stereotiepe reactie kan worden verkregen gemiddeld over herhaalde presentatie van de stimulus. Deze aanpak negeert de dynamiek van de respons, zoals in het geval van de opgeroepen potentiële aanpassing, opgewekt door langdurige blootstelling aan de stimulus. In diermodellen, de auditieve steady-state respons gegenereerd in de corticale hersengebieden, en draagt bij aan de continue presentatie van amplitude-gemoduleerde tonen.Bij mensen is onlangs aangetoond dat de kracht van de fundamentele frequentie van steady-state visueel aangeroepen potentieel slechts in 30% van de proefpersonen stationair is. Wanneer de focus van het onderzoek is de dynamiek van entrainment, kunnen we aannemen dat de temporele evolutie van de reactie zal hetzelfde zijn in verschillende onafhankelijke experimentele runs. Daarom is het gemiddelde van het signaal in elk tijdperk over onafhankelijke runs bieden we een nauwkeurige weergave van de lange termijn dynamiek van de oscillatory respons.Op basis van die veronderstelling hebben we een methode ontwikkeld om de tijdevolutie van de steady-state respons te karakteriseren. De methode bestaat uit het verwerven van verschillende opnames van dezelfde experimentele aandoening, na in plaats van het gemiddelde daaropvolgende tijdperken binnen de opnames. Tijdperken die overeenkomen met hetzelfde tijdvenster in de verschillende opnames worden gemiddeld.In deze studie geven we een gedetailleerde beschrijving van de methode, met behulp van steady-state visueel opgeroepen potentialen als een voorbeeld van een reactie. Echter, de de methodologie kan worden gebruikt om de steady-state reacties van andere zintuiglijke stimuli te analyseren. Ten slotte presenteren we de voor- en nadelen van de methodologie, gebaseerd op de vergelijking met single-trial methoden gebruiken om de neurale entrainment te analyseren.Welkom het onderwerp. Laat het onderwerp in een vriendelijke sfeer praten, hem of haar de doelstellingen en relevantie van deze studie uitleggen. Geef een beschrijving van relevante technische details.Beantwoord al zijn of haar vragen grondig. Vermeld uitdrukkelijk dat hij of zij de experimentsessie op elk gewenst moment mag onderbreken. Vraag de vrijwilliger om de subject informed consent te lezen en het bijbehorende formulier te ondertekenen.Reinig de hoofdhuid met ethanol, een oplossing voor 95%om de laag dode huidcellen en talg die het bedekken te verwijderen. Deze stap is belangrijk om de impedantie tussen de elektroden en de hoofdhuid te verminderen. Meet de hoofdomtrek om de grootte van de elektrodekap te definiëren die in het experiment zal worden gebruikt.Vraag het onderwerp om de elektrode dop te dragen. Geef de instructies voor een comfortabele maar correcte positionering van de dop. Meet de afstand tussen nasion en inion.Meet ook de afstand tussen de linker- en rechter pre-auriculaire punten. Corrigeer de positie van de elektrodedop. Zet geleidende gel in de elektrode locaties in aanmerking genomen voor het experiment.Het aantal opnamelocaties kan naar behoefte variëren. Meestal nemen we op van 64 hoofdhuidlocaties met behulp van een radiosysteem. Plaats de opname-elektroden op de juiste locaties.Begeleid de vrijwilliger naar de experimentele kamer en vraag het onderwerp om in een comfortabele positie te zitten. Plaats externe elektroden in perioculaire locaties om het elektrooculogram op te nemen. Deze signalen zullen worden gebruikt in de volgende stappen, voor het corrigeren van EEG-artefacten veroorzaakt door knipperen en oogbewegingen.Het EEG-acquisitiesysteem inschakelen en de elektrodeimpedantie controleren. Corrigeer de impedantie, indien nodig, volgens de aanwijzingen van de fabrikant. Vraag het onderwerp om te knipperen en de ogen in verschillende richtingen te bewegen om ervoor te zorgen dat de EOG correct wordt opgenomen door de externe elektroden.Pas de locatie van het scherm in de verticale richting aan, afhankelijk van de kijkhoek van het onderwerp. Ons scherm bestaat uit vier lichtgevende diodes gelegen op het midden van een 50x50 cm zwart scherm, als hoekpunten van het plein zijn 5x5 cm. Deelnemers zitten ongeveer 70 centimeter van het scherm, zodat de zijn van het kwadraat van LED's substends een visuele hoek van ongeveer vier graden.Pas het luminantieniveau van het scherm aan op de bovengrens van het comfortabele niveau van de deelnemers. Stel de parameters van de visuele stimulatie in. In onze experimenten wordt een continue visuele stimulatie gepresenteerd waarbij de lichtintensiteit wordt gemoduleerd op 10Hz.Presenteer de stimulus voor de tijd die nodig is in het experiment. Pauzeer de stimulatie gedurende twee minuten. Pauzes drie keer langer dan de stimulatieperiode worden aanbevolen.Herhaal de presentatiestappen 30 keer. 30 runs van het experiment zorgen voor een hoge signaal-ruisverhouding van de metingen. Niettemin kan een hoger aantal herhalingen worden geïmplementeerd in het experimentele protocol.Neem de EEG op met behulp van standaardprocedures. De experimentele runs kunnen in één bestand worden opgeslagen of er kan voor elke run een ander bestand worden gemaakt. De volgende stappen komen overeen met een standaard EEG-verwerking.Deze verwerking wordt offline uitgevoerd en kan naar gelang van het geval worden gewijzigd. De opname opnieuw verwijzen aan de hand van een gemiddelde referentie. Band pass filter het EEG-signaal, afgesneden frequenties kunnen worden gewijzigd als dat nodig is.Zet indien nodig de elektrodecoördinaten om naar het internationale 10-20-systeem. Verwijder de oculaire artefacten met behulp van de juiste procedures. Hiervoor kunnen verschillende technieken worden gebruikt.Segmenteer de EEG-gegevens en tijdperken van de juiste lengte. Verwijder tijdperken met EEG-artefacten. Detrend de EEG tijdperken naar gelijkstroom driften.Herschik de tijdperken in een gegevensmatrix van N-rijen en M-kolommen, waarin N het aantal opnamen vertegenwoordigt, en M, het aantal tijdperken. Kolom verstandig, gemiddeld de dataset. Daartoe moeten de dertig tijdperken die overeenkomen met hetzelfde tijdvenster in de verschillende opnamen worden gemiddeld in het tijddomein.Bereken de amplitude van de steady-state respons aan het einde van het gemiddelde met behulp van de Fast Fourier Transform. De amplitude van de steady-state respons wordt gedefinieerd als de spectrale amplitude verkregen bij de frequentie van de amplitude modulaties van de zintuiglijke stimuli. Vector gemiddelde de amplitude van een add hawk aantal FFT bakken aan elke kant van de frequentie van de reactie om het resterende geluidsniveau te berekenen.Plot de amplitude van de steady-state respons en de RNL als functie van kolomindex om de evolutie van de parameters tijdens de stimulatieperiode te verkennen. Resultaten. Figuur twee illustreert veranderingen in de golfvorm van de SSVEP als gevolg van de kolom wijze gemiddelde van tijdperken. Er werden dertig opnames gemaakt.De neurale oscillatie tijd vergrendeld aan de stimulatie werd duidelijk als de kolom verstandig gemiddelde werd uitgevoerd. Opvallend is dat de periode waarin de SSVEP wordt gegenereerd, kan worden waargenomen in de sporen die overeenkomen met kolom één. In die kolom worden 02 seconden pre-stimulus basislijn uitgezet.Daarom maakt de hier beschreven procedure het mogelijk om niet alleen de dynamiek van de oscillerende respons te karakteriseren zodra de neurale entrainment al is vastgesteld, maar ook de betrokkenheid van de neurale oscillaties. De gemiddelde amplitude van SSVEP verminderde tijdens het gemiddelde van de eerste tijdvakken van de kolommen en neigde om daarna te stabiliseren. Dit gedrag kan worden verklaard door de relatief hoge bijdrage van het geluid aan de responsamplitude berekend in de eerste gemiddeld tijdperken die wordt verzwakt als gemiddelde wordt uitgevoerd.De standaarddeviatie van het restgeluidsniveau bleef relatief constant naarmate het aantal gemiddelden toenam, wat erop wijst dat de registratieomstandigheden stabiel waren langs de experimentele sectie. De hierboven gepresenteerde resultaten bepaalden de veranderingen in de pieksignaal-ruisverhouding van de metingen. Naarmate het gemiddelde vorderde, nam de pieksignaal-ruisverhouding toe naarmate het aantal gemiddelde tijdperken ongeveer steeg tot 18.Verdere verhogingen van het aantal gemiddelden hadden geen significante invloed op de kwaliteit van het signaal. Ten slotte worden de dynamiek van de steady-state visuele opgeroepen potentiële amplitude, en het resterende geluidsniveau worden vertegenwoordigd in Fig. 4 Die dynamiek werden verkregen door het plotten van de respons parameters berekend aan het einde van de kolom wijze gemiddelde van tijdperken als een functie van het aantal kolommen als een functie van de tijd.In dit onderwerp nam de responsamplitude geleidelijk toe tijdens de eerste 12 seconden, na het begin van de stimulus. De tijd, die aan de lengte van drie tijdvakken beantwoordt. Naarmate de stimulus aanhield, nam de respons in de volgende 12 seconden consequent af en bleef daarna relatief constant.Deze resultaten kunnen niet worden verklaard door het gedrag van de RNL, omdat deze parameter relatief constant was tijdens de stimulatieperiode. De toename van de SSVEP amplitude na het begin van de stimulus, kan worden verklaard door integratieprocessen, die resulteren in de stabilisatie van de neurale entrainment. De daaropvolgende afname van amplitude suggereert de aanpassing van de SSVEP aan de aanhoudende stimulatie.Deze hypothesen moeten echter worden getest in gecontroleerde experimenten met een passende steekproefgrootte. Het berekenen van de amplitude van de steady-state reacties na de tijd domein middeling van onafhankelijke runs impliceert het analyseren van alleen tijd-vergrendelde oscillaties, die overleven de gemiddelde. Deze procedure kan relevante informatie filteren met betrekking tot de dynamiek van de respons in individuele proeven.Het garandeert echter een voldoende hoge signaal-ruisverhouding. Dit aspect kan van bijzonder belang zijn wanneer de reacties dicht bij de elektrofysiologische drempel liggen, een aandoening waarbij de detectie van de entrainment kan worden aangetast als gevolg van een lage signaal-ruisverhouding van de meting.

a-method-for-tracking-time-evolution-steady-state-evoked

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

This video demonstrates the procedure for setting up a brain slice in a submersion chamber to record synaptic activity. The process involves securing the slice on lens paper, maintaining a continuous flow of artificial cerebrospinal fluid (aCSF) to ensure neuronal viability, and accurately positioning the stimulation and recording electrodes relative to a specific brain region of interest. This setup allows for precise monitoring of baseline synaptic activity and the effects of electrical...

Recording Neuronal Field Excitatory Postsynaptic Potentials in Acute Hippocampal Slices

Stereotactische Electroencephalography (SEEG) is een operatietechniek gebruikt bij epilepsie chirurgie te helpen lokaliseren beslag brandpunten. Het biedt ook een unieke gelegenheid om de hersenfunctie te onderzoeken. Hier beschrijven we hoe SEEG kunnen worden gebruikt om cognitieve processen bij mensen te onderzoeken.

Bestudering van de functie van Deep Corticale en subcorticale structuren met behulp van stereotactische Electroencephalography: Lessen uit de anterior cingulate cortex

Shuttle-box vermijdingsleren is goed opgericht in behavioral neurowetenschappen. Dit protocol beschrijft hoe shuttle-learning in knaagdieren kan worden gecombineerd met locatie-specifieke elektrische intracorticale microstimulatie (ICMS) en gelijktijdige chronische in vivo opnames als een instrument om meerdere aspecten van leren en perceptie bestuderen.

Gecombineerd Shuttle-Box Training met Elektrofysiologische Cortex opnemen en stimulatie als een instrument om Perception en learning studie

Functionele connectiviteit in rusttoestand MRI heeft afwijkingen geïdentificeerd bij patiënten met een breed scala aan neuropsychiatrische stoornissen, inclusief epilepsie als gevolg van malformaties van corticale ontwikkeling. Transcraniële magnetische stimulatie in combinatie met EEG kan aantonen dat patiënten met epilepsie corticale hyperexcitabiliteit hebben in regio's met abnormale connectiviteit.

Een Multimodaal Beeldverwerking en-stimulatie gebaseerde methode voor de beoordeling Connectivity-gerelateerde Brain Exciteerbaarheid bij patiënten met epilepsie

Dit protocol beschrijft de stabilisatie van het zuurstofgehalte in een klein volume van gerecycled buffer en methodologische aspecten van de opname van de activiteit-afhankelijke synaptische plasticiteit in verzonken acute hippocampal plakjes.

Synaptische plasticiteit opnemen in Acute Hippocampal plakjes onderhouden in een kleine volumes Recycling-, perfusie-, en onderdompeling-type kamer systeem

We ontwierpen een droog-type 16 kanaals EEG sensor die niet-invasief, vervormbare en opnieuw bruikbaar is. Dit witboek beschrijft het gehele proces van productie de voorgestelde EEG elektrode signaal verwerking van visual evoked potentieel (VEP) signalen op een muis-hoofdhuid met behulp van een droge niet-invasieve multi-kanaals EEG sensor gemeten.

Visual Evoked potentiële opnamen in muizen met behulp van een niet-invasieve meerkanaals droge hoofdhuid EEG Sensor

We illustreren hoe u opnemen en elektrische modulatie van 4-aminopyridine-geïnduceerde epileptiform activiteit in knaagdier hersenen segmenten met behulp van micro-elektrode arrays. Een aangepaste opname-kamer onderhoudt weefsel levensvatbaarheid in langdurige experimentele sessies. Leven van de elektrode toewijzing en selectie van stimulerende paren worden uitgevoerd door een aangepaste grafische gebruikersinterface.

Opname en moduleren van Epileptiform activiteit in knaagdier hersenen plakjes gekoppeld aan micro-elektrode Arrays

In dit artikel presenteren we een protocol voor het onderzoeken van differentiële corticale visuele Evoked potentiële morfologische patronen door stimulatie van ventrale en dorsale netwerken met behulp van high-density EEG. Visuele voorwerpen en bewegings stimulans paradigma's, met en zonder temporale jitter, worden beschreven. Visuele Evoked potentiële morfologische analyses worden ook geschetst.

Stimulus-specifieke corticale visuele Evoked potentiële morfologische patronen

Magneto-encefalografie (MEG) en high-density elektro-encefalografie (HD-EEG) worden zelden tegelijkertijd geregistreerd, hoewel ze bevestigende en aanvullende informatie opleveren. Hier illustreren we de experimentele opzet voor het registreren van gelijktijdige MEG en HD-EEG en de methodologie voor het analyseren van deze gegevens met als doel epileptogene en welsprekende hersengebieden te lokaliseren bij kinderen met resistente epilepsie.

Beeldvorming van elektromagnetische bronnen bij preoperatieve evaluatie van kinderen met resistente epilepsie

Dit protocol stelt een praktische benadering vast voor het combineren van HD-tACS met EEG om stimulatie-effecten op neurale oscillaties tijdens cognitieve taken te onderzoeken, met behulp van theta-frequentiestimulatie in het werkgeheugen als voorbeeld.

De combinatie van transcraniële wisselstroomstimulatie en elektro-encefalogram

Leer een methode voor het analyseren van de tijdsevolutie van steady-state evoked potentials in elektrofysiologisch onderzoek. Dit protocol helpt onderzoekers neurale entrainment-dynamica nauwkeurig te karakteriseren.

Een methode voor het bijhouden van de tijd evolutie van steady-state evoked potentials

Meer video's verkennen